KR20140020482A - 원통형 리튬 이온 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 원통형 리튬 이온 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 원통형 캔의 파단압을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 조립 공정 중 외부 하중에 의한 원통형 캔의 크랙 현상을 방지할 수 있는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 전해액과 함께 수용된 전극 조립체; 및, 상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 원통형 캔은 원형의 바닥부와, 상기 바닥부로부터 상기 캡 조립체까지 연장된 측부로 이루어지고, 상기 바닥부에 두께 구배(勾配)를 갖는 안전 벤트가 형성된 원통형 리튬 이온 이차 전지를 개시한다.

Description

원통형 리튬 이온 이차 전지{Cylindrical lithium ion secondary battery}
본 발명의 일 실시예는 원통형 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지는 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 휴대형 전자기기뿐만 아니라 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 전원 용도로 사용되고 있다.
이러한 리튬 이온 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 및 파우치형의 이차 전지로 분류될 수 있다. 이중 원통형 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 캔과, 캔의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 캔의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다.
본 발명의 일 실시예는 원통형 캔의 파단압을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 조립 공정 중 외부 하중에 의한 원통형 캔의 크랙 현상을 방지할 수 있는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 전해액과 함께 수용된 전극 조립체; 및, 상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 원통형 캔은 원형의 바닥부와, 상기 바닥부로부터 상기 캡 조립체까지 연장된 측부로 이루어지고, 상기 바닥부에 두께 구배(勾配)를 갖는 안전 벤트가 형성될 수 있다.
상기 바닥부는 상기 전극 조립체를 향하는 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 평평한 제2면을 포함하고, 상기 안전 벤트는 상기 제2면에 형성될 수 있다.
상기 안전 벤트는 상기 바닥부와 같은 중심을 가지며, 상기 바닥부의 반지름과 다른 반지름을 갖는 원형으로 형성될 수 있다.
상기 안전 벤트는 상기 제1면과 제2면 사이에 형성된 제3면과, 상기 제3면과 상기 제2면을 연결하는 서로 이격된 한쌍의 제4면을 더 포함할 수 있다.
상기 제3면이 상기 제1면에 대하여 구배를 가질 수 있다.
상기 제1면과 상기 제3면 사이의 두께가 상기 제1면과 상기 제2면 사이의 두께에 대하여 10~20%의 두께인 제1영역과, 상기 제1면과 상기 제3면 사이의 두께가 상기 제1면과 상기 제2면 사이의 두께에 대하여 30~40%의 두께인 제2영역을 포함하고, 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이의 제3면이 상기 제1면에 대하여 구배를 가질 수 있다.
상기 제1영역과 상기 제2영역은 원주(圓周)에 위치되고, 상호간 90°의 간격으로 교번하여 형성될 수 있다.
상기 제1영역과 상기 제2영역의 사이에 두께가 일정한 제3영역이 더 형성될 수 있다.
상기 제3영역은 상기 제1면과 상기 제1면의 반대면인 제5면을 포함하고, 상기 제1면과 제5면 사이의 두께는 상기 제1면과 상기 제2면 사이의 두께에 대하여 60~70%일 수 있다.
상기 제2영역에서 제3영역까지 두께가 점차 감소할 수 있다.
상기 제2영역에서 제3영역까지 두께가 점차 증가할 수 있다.
상기 한쌍의 제4면은 28°~ 30°의 각도로 형성될 수 있다.
상기 제3면과 상기 제4면 사이에는 곡면이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 원통형 캔의 바닥부에 구배를 갖는 안전벤트가 형성됨으로써, 원통형 캔의 파단압이 제어될 수 있을 뿐만 아니라, 조립 공정 중 외부 하중에 의한 원통형 캔의 크랙 현상이 방지될 수 있는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공한다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔의 바닥부를 도시한 저면도, 도 2b는 2a의 A1-A2를 취한 단면도, 도 2c는 도 2a의 B1-B2를 취한 단면도, 도 2c는 가상의 펼쳐진 안전 벤트의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔의 바닥부를 도시한 저면도, 도 3b는 3a의 A1-C를 취한 단면도, 도 3c는 도 3a의 B1-B2를 취한 단면도, 도 3c는 가상의 펼쳐진 안전 벤트의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔의 바닥부에 형성된 안전 벤트를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100)는 원통형 캔(110)과, 전극 조립체(120)와, 센터핀(130)과, 캡 조립체(140)를 포함한다.
원통형 캔(110)은 원형의 바닥부(111)와, 바닥부(111)로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 측부(112)을 포함한다. 이차 전지의 제조 공정 중 원통형 캔(110)의 상부는 개방되어 있다. 따라서, 이차 전지의 조립 공정 중 전극 조립체(120) 및 센터핀(130)이 전해액과 함께 원통형 캔(110)에 삽입될 수 있다. 원통형 캔(110)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 더불어, 원통형 캔(110)에는 캡 조립체(140)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(140)를 중심으로 그 하부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)가 형성되고, 그 상부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)가 형성되어 있다.
한편, 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에는 바닥부(111)의 두께보다 작은 두께를 갖고, 또한 두께 구배(勾配)를 갖는 안전 벤트(1110)가 형성되어 있다. 여기서, 두께 구배란 안전 벤트(1110)의 두께가 미리 정해진 수평면을 기준으로 일정한 각도를 가지며 기울어져 형성되어 있다는 의미이다. 이러한 안전 벤트(1110)는 원통형 캔(110)의 내압이 비정상적으로 상승 시 파단되어, 내부의 가스를 모두 외부로 배출하게 된다. 더불어, 본 발명에 따른 안전 벤트(1110)는 두께 구배를 갖도록 설계됨으로써, 안전 벤트의 파단압이 제어될 수 있을 뿐만 아니라, 조립 공정 중 하중에 따른 크랙 현상이 방지될 수 있다. 이와 같이 두께 구배를 갖는 안전 벤트(1110)에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.
전극 조립체(120)는 원통형 캔(110)의 내부에 수용된다. 전극 조립체(120)는 음극 활물질(예를 들면, 흑연, 탄소 등등)이 코팅된 음극판(121), 양극 활물질(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등등))이 코팅된 양극판(122) 및, 음극판(121)과 양극판(122) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(123)로 이루어진다. 음극판(121), 양극판(122) 및 세퍼레이터(123)는 대략 원기둥 형태로 권취된다. 여기서, 음극판(121)은 구리(Cu) 포일, 양극판(122)은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 음극판(121)에는 하부로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(124)이, 양극판(122)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극탭(125)이 용접될 수 있으나, 그 반대도 가능하다. 더불어, 음극탭(124)은 니켈(Ni) 재질, 양극탭(125)은 알루미늄(Al) 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 전극 조립체(120)의 음극탭(124)은 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있다. 따라서 원통형 캔(110)은 음극으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로 양극탭(125)이 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있으며, 이러한 경우 원통형 캔(110)은 양극으로 동작할 수 있다.
더불어, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(126a) 및 그 외측에 제2홀(126b)이 형성된 제1절연판(126)이 전극 조립체(120)와 바닥부(111)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1절연판(126)은 전극 조립체(120)가 원통형 캔(110) 중 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제1절연판(126)은 전극 조립체(120) 중 양극판(122)이 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(126a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 센터핀(130)을 통해 상부로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(126b)은 음극탭(124)이 관통하여 바닥부(111)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다.
또한, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(127a) 및 그 외측에 다수의 제2홀(127b)이 형성된 제2절연판(127)이 전극 조립체(120)와 캡 조립체(140)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제2절연판(127)은 전극 조립체(120)가 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제2절연판(127)은 전극 조립체(120) 중 음극판(121)이 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉하지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(127a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 캡 조립체(140)로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(127b)은 양극탭(125)이 관통하여 캡 조립체(140)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한 나머지 제2홀(127b)은 전해액 주입 공정에서, 전해액이 상기 전극 조립체(120)로 신속히 흘러 들어가도록 하는 역할을 한다.
더불어, 제1,2절연판(126,127)의 제1홀(126a,127a)의 직경은 센터핀(130)의 직경보다 작게 형성됨으로써, 외부 충격에 의해 센터핀(130)이 원통형 캔(110)의 바닥부(111) 또는 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 한다.
센터핀(130)은 속이 비어 있는 원형 파이프 형태로서, 전극 조립체(120)의 대략 중앙에 결합될 수 있다. 이러한 센터핀(130)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 폴리부틸렌 테프탈레이트(PolyButylene Terepthalate)로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 이러한 센터핀(130)은 전지의 충방전 중 전극 조립체(120)의 변형을 억제하는 역할을 하며, 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스의 이동 통로 역할을 한다.
캡 조립체(140)는 다수의 관통홀(141a)이 형성된 캡 업(cap-up)(141), 캡 업(141)의 하부에 설치된 안전 플레이트(142), 안전 플레이트(142)의 하부에 설치된 절연판(143), 안전 플레이트(142)와 절연판(143)의 하부에 설치되고, 제1,2관통홀(144a,144b)이 형성된 캡 다운(cap-down)(144), 캡 다운(144)의 하면에 고정되어 양극탭(125)과 전기적으로 접속된 서브 플레이트(145) 및 캡 업(141), 안전 플레이트(142), 절연판(143), 캡 다운(144)과 원통형 캔(110)의 측부(111)을 절연시키는 절연 가스켓(146)을 포함한다. 여기서, 절연 가스켓(146)은 실질적으로 원통형 캔(110)의 측부(111)에 형성된 비딩부(113)와 크림핑부(114)의 사이에 압착된 형태를 한다. 또한, 상기 캡 업(141) 및 상기 캡 다운(144)에 형성된 관통홀(141a,144a,144b)은 원통형 캔(110)의 내부에서 이상 내압 발생시 내부 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 물론, 이러한 내압에 의해 우선 안전 플레이트(142)가 상부 방향으로 반전되면서 서브 플레이트(145)와 전기적으로 분리되고, 이후 안전 플레이트(142)가 찢어지면서 내부의 가스가 외부로 방출된다.
더불어, 원통형 캔(110)의 내측에는 전해액(도면에 도시되지 않음)이 주액되어 있으며, 이는 충방전시 전지 내부의 음극판(121) 및 양극판(122)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔(110)의 바닥부를 도시한 저면도, 도 2b는 2a의 A1-A2를 취한 단면도, 도 2c는 도 2a의 B1-B2를 취한 단면도, 도 2c는 가상의 펼쳐진 안전 벤트의 단면도이다.
우선, 도 2a에 도시된 바와 같이, 두께 구배를 갖는 안전 벤트(1110)는 원통형 캔(110) 중 원형의 바닥부(111)에 형성된다. 특히, 안전 벤트(1110)는 일정 폭을 갖는 대략 원형의 링 형태로 형성된다. 이러한 원형 링 형태의 안전 벤트(1110)는 바닥부(111)의 중심과 동일한 중심을 가지며, 바닥부(111)의 반지름보다 작은 반지름을 갖는다. 또한, 안전 벤트(1110)의 내측 영역에는 상술한 바와 같이 음극 탭이 전기적으로 접속되고, 안전 벤트(1110)의 외측 영역에는 도시되지 않은 외부 전자 기기가 접촉된다. 따라서, 안전 벤트(1110)에 의해 음극 탭의 전기적 접속이 간섭되거나, 또는 외부 전자 기기의 접촉이 간섭되지 않는다.
더불어, 도면중 A1, A2는 동일한 두께를 가지며 제1영역으로 정의될 수 있고, 도면중 B1, B2 역시 동일한 두께를 가지며 제2영역으로 정의될 수 있다. 그러나, 제1영역(A1,A2)과 제2영역(B1,B2)의 두께는 상호간 다르며, 제1영역(A1,A2)과 제2영역(B1,B2)의 사이에 두께 구배가 형성된다. 즉, 안전 벤트(1110)는 제1영역(A1,A2)으부터 제2영역(B1,B2)으로 진행함에 따라 점차 두께가 두꺼워진다. 물론, 그 반대도 가능하다.
또한, 제1영역(A1,A2)과 제2영역(B1,B2)은 원주(圓周)에 상호간 대략 90°의 간격으로 교번하여 위치될 수 있다. 따라서, 도 2a에 도시된 바와 같이 제1영역(A1,A2)과 제2영역(B1,B2)은 총 4개의 부분에서 형성될 수 있다. 물론, 이는 일례에 불과하며, 상기 제1영역(A1,A2)과 제2영역(B1,B2)의 개수는 이차 전지의 원하는 파단압에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 바닥부(111)는 전극 조립체를 향하는 대략 평평한 제1면(111a)과, 제1면(111a)의 반대면으로서 대략 평평한 제2면(111b)을 포함하고, 안전 벤트(1110)는 제2면(111b)으로부터 일정 깊이로 형성될 수 있다. 물론, 안전 벤트(1110)는 제1면(111a)으로부터 일정 깊이로 형성될 수도 있으나, 이 경우 안전 벤트(1110)에 외부 충격에 의한 크랙이 상대적으로 쉽게 발생하는 것으로 밝혀졌다.
또한, 안전 벤트(1110)는 제1면(111a)과 제2면(111b)의 사이에 형성된 제3면(111c)과, 제3면(111c)과 제2면(111b)을 연결을 하며 상호간 이격된 한쌍의 제4면(111d)을 포함한다. 여기서, 제3면(111c)은 제1면(111a) 및 제2면(111b)과 대략 평행하게 형성되며, 제4면(111d)은 제1면(111a), 제2면(111b) 및 제3면(111c)과 대략 수직하게 형성된다.
여기서, 구배는 제3면(111c)에서 형성된다. 즉, 제3면(111c)이 제1면(111a)에 대하여 일정 각도의 구배를 갖게 된다.
한편, 제1영역(A1,A2)을 이루는 제1면(111a)과 제3면(111c) 사이의 두께는 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 두께에 대하여 대략 10~20%의 두께를 갖는다. 또한, 제2영역(B1,B2)을 이루는 제1면(111a)과 제3면(111c) 사이의 두께는 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 두께에 대하여 대략 30~40%의 두께를 갖는다. 물론, 상술한 바와 같이 제1영역(A1,A2)과 제2영역(B1,B2)의 사이에는 제3면(111c)에서 일정 각도의 구배가 형성된다. 예를 들면, 제1영역(A1,A2)으로부터 제2영역(B1,B2)으로 진행할수록 제1영역(A1,A2)과 제3면(111c) 사이의 두께가 점차 증가한다.
여기서, 제1영역(A1,A2)의 두께가 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 두께에 대하여 대략 10%보다 작으면, 상대적으로 작은 전지 내압에서 안전 벤트(1110)가 파단될 수 있다. 또한, 제1영역(A1,A2)의 두께가 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 두께에 대하여 대략 20%보다 크면, 상대적으로 큰 전지 내압에서 안전 벤트(1110)가 파단되지 않을 수 있다.
또한, 제2영역(B1,B2)의 두께가 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 두께에 대하여 대략 30%보다 작으면, 상대적으로 작은 외부 충격에 의해 안전 벤트(1110)가 크랙될 수 있다. 물론, 제2영역(B1,B2)의 두께가 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 두께에 대하여 대략 40%보다 크면, 상대적으로 큰 외부 충격에서도 안전 벤트(1110)가 크랙되지 않을 수 있으나, 이 경우 오히려 상대적으로 큰 전지 내압에서 안전 벤트(1110)가 파단되지 않을 수 있다.
여기서, 파단이란 전지의 내압에 의해 안전 벤트(1110)가 정상적으로 동작함을 의미하고, 크랙이란 안전 벤트(1110)가 비정상적으로 동작함을 의미한다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 도 2a에 도시된 A1-B1-A2-B2-A1을 따라 이를 단면도로 표시하면, 제1면(111a)과 제3면(111c) 사이의 두께가 구배를 가지며 변화됨을 볼 수 있다. 예를 들면, 제1영역(A1,A2)의 두께가 제2영역(B1,B2)의 두께보다 작게 형성되고, 제1영역(A1,A2)과 제2영역(B1,B2)의 사이에 두께 구배가 형성된다. 따라서, 상대적으로 두께가 얇은 안전 벤트(1110)의 제1영역(A1,A2)이 이차 전지의 내압 증가시 주로 파단되는 부분으로 동작하고, 상대적으로 두께가 두꺼운 안전 벤트(1110)의 제2영역(B1,B2)은 외부 충격하에서 안전 벤트(1110)에 크랙이 발생하지 않도록, 안전 벤트(1110)를 지지하는 부분으로 동작한다. 물론, 이러한 제1영역(A1,A2)과 제2영역(B1,B2)의 두께 및 그들 사이의 구배 각도가 적절히 제어됨으로써, 이차 전지의 파단압이 제어될 뿐만 아니라 외부 충격에 의한 크랙 현상도 방지될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔(110)의 바닥부(111)를 도시한 저면도, 도 3b는 3a의 A1-C를 취한 단면도, 도 3c는 도 3a의 B1-B2를 취한 단면도, 도 3c는 가상의 펼쳐진 안전 벤트(1110)의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 두께 구배를 갖는 안전 벤트(1110)는 하나의 제1영역(A1,A2), 두개의 제2영역(B1,B2) 및 하나의 제3영역(C)을 포함한다. 물론, 하나의 제1영역(A1,A2)과 두개의 제2영역(B1,B2) 사이에는 두께 구배가 형성된다.
한편, 제3영역(C)은 제1면(111a)과, 제1면(111a)의 반대면인 제5면(111e)을 더 포함한다. 실질적으로 제5면(111e)은 제1면(111a), 제2면(111b), 제3면(111c)과 대략적으로 평행하게 형성되며, 제3면(111c) 및 제2면(111b) 사이의 레벨을 갖는다. 따라서, 제3영역(C)의 두께는 제1영역(A1,A2) 및 제2영역(B1,B2)의 두께보다 더 두껍다. 좀더 구체적으로 설명하면, 제1면(111a)과 제5면(111e) 사이의 두께는 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 두께에 대하여 대략 60~70%일 수 있다.
더욱이, 제3영역(C)은 원주(圓周)에 대하여 대략 80°~ 100°의 각도, 더욱 바람직하기로는 대략 90°의 각도에 걸쳐 형성될 수 있다. 따라서, 도 3a에 도시된 바와 같이 제1영역(A1,A2)을 중심으로 양측에 두개의 제2영역(B1,B2)이 형성되고, 두개의 제2영역(B1,B2) 사이에 하나의 제3영역(C)이 대략 80°~ 90°내의 각도 범위로 형성된다.
여기서, 제3영역(C)의 형성 범위가 대략 80°보다 작은 경우, 상대적으로 작은 외부 충격에 의해 안전 벤트(1110)가 크랙될 수 있고, 또한 상기 제3영역(C)의 형성 범위가 대략 100°보다 클 경우 상대적으로 큰 내압에서 안전 벤트(1110)가 파단되지 않을 수 있다. 또한, 제3영역(C)의 두께가 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 두께에 대하여 대략 60%보다 작으면, 상대적으로 작은 외부 충격에 의해 안전 벤트(1110)가 크랙될 수 있다. 물론, 제3영역(C)의 두께가 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 두께에 대하여 대략 70%보다 크면, 상대적으로 큰 외부 충격에서도 안전 벤트(1110)가 크랙되지 않을 수 있으나, 이 경우 오히려 상대적으로 큰 전지 내압에서 안전 벤트(1110)가 파단되지 않을 수 있다.
더불어, 도 3d에 도시된 바와 같이, 안전 벤트(1110)는 제2영역(B1,B2)에서 제3영역(C)까지 두께가 점차 감소하는 형태이거나, 또는 도 3e에 도시된 바와 같이, 제2영역(B1,B2)에서 제3영역(C)까지 두께가 점차 증가하는 형태일 수 있다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 안전 벤트(1110)가 제2영역(B1,B2)에서 제3영역(C)까지 두께가 점차 감소하는 경우 상대적으로 작은 내압에서 안전 벤트(1110)가 파단되도록 제어할 수 있다. 또한 도 3e에 도시된 바와 같이, 안전 벤트(1110)가 제2영역(B1,B2)에서 제3영역(C)까지 두께가 점차 증가하는 경우 상대적으로 큰 외부 충격에서 안전 벤트(1110)가 크랙되지 않도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 제1영역(A1,A2), 제2영역(B1,B2) 및 제3영역(C)의 두께 및 그들 사이의 구배 각도가 적절히 제어됨으로써, 이차 전지의 파단압이 제어될 뿐만 아니라 외부 충격에 의한 크랙 현상도 방지될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 형성된 안전 벤트(1110)를 도시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 벤트(1110)는 제1면(111a)의 반대면인 제3면(111c)과, 제3면(111c)의 양측에 형성되어 제1면(111a)과 연결되는 한쌍의 제4면(111d)을 포함한다. 여기서, 한쌍의 제4면(111d)이 갖는 각도는 대략 28° 내지 30°일 수 있으며, 또한 제3면(111c)과 제4면(111d) 사이에는 일정한 곡률을 갖는 곡면(111f)이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 한쌍의 제4면(111d)이 갖는 각도가 대략 28°보다 작을 경우 상대적으로 큰 내압에서 안전 벤트(1110)가 동작하지 않을 수 있고, 또한 상기 한쌍의 제4면(111d)이 갖는 각도가 대략 30°보다 클 경우 상대적으로 작은 내압에서 안전 벤트(1110)가 동작할 수 있다. 더욱이, 상기 한쌍의 제4면(111d)이 갖는 각도가 대략 30°보다 클 경우 상대적으로 작은 외부 충격에서도 안전 벤트(1110)가 크랙될 수 있는 위험이 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 상기와 같이 한쌍의 제4면(111d)이 갖는 각도, 그리고 제3면(111c) 및 제4면(111d) 사이의 곡면(111f)이 갖는 곡률을 제어하여, 이차 전지의 파단압을 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1110; 안전 벤트 111: 바닥부
111a; 제1면 111b; 제2면
111c; 제3면 111d; 제4면
111e; 제5면 111f; 곡면
A1, A2; 제1영역 B1, B2; 제2영역
C: 제3영역

Claims (13)

  1. 원통형 캔;
    상기 원통형 캔에 전해액과 함께 수용된 전극 조립체; 및,
    상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 원통형 캔은 원형의 바닥부와, 상기 바닥부로부터 상기 캡 조립체까지 연장된 측부로 이루어지고,
    상기 바닥부에 두께 구배(勾配)를 갖는 안전 벤트가 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바닥부는 상기 전극 조립체를 향하는 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 평평한 제2면을 포함하고, 상기 안전 벤트는 상기 제2면에 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안전 벤트는 상기 바닥부와 같은 중심을 가지며, 상기 바닥부의 반지름과 다른 반지름을 갖는 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 안전 벤트는
    상기 제1면과 제2면 사이에 형성된 제3면과, 상기 제3면과 상기 제2면을 연결하는 서로 이격된 한쌍의 제4면을 더 포함함을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3면이 상기 제1면에 대하여 구배를 가짐을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1면과 상기 제3면 사이의 두께가 상기 제1면과 상기 제2면 사이의 두께에 대하여 10~20%의 두께인 제1영역과,
    상기 제1면과 상기 제3면 사이의 두께가 상기 제1면과 상기 제2면 사이의 두께에 대하여 30~40%의 두께인 제2영역을 포함하고,
    상기 제1영역과 상기 제2영역 사이의 제3면이 상기 제1면에 대하여 구배를 가짐을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1영역과 상기 제2영역은 원주(圓周)에 위치되고, 상호간 90°의 간격으로 교번하여 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1영역과 상기 제2영역의 사이에 두께가 일정한 제3영역이 더 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3영역은 상기 제1면과 상기 제1면의 반대면인 제5면을 포함하고, 상기 제1면과 제5면 사이의 두께는 상기 제1면과 상기 제2면 사이의 두께에 대하여 60~70%인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2영역에서 제3영역까지 두께가 점차 감소함을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2영역에서 제3영역까지 두께가 점차 증가함을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 한쌍의 제4면은 28°~ 30°의 각도로 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3면과 상기 제4면 사이에는 곡면이 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
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